乘坐太空電梯，會是怎樣一種體驗？

太空電梯真的能實現嗎？

太空電梯（Space elevator），又稱軌道電梯，顧名思義，其實就是個貨運電梯。因為它的頂部直接通到外空間，所以又有人稱它為天梯，是一種低成本的將有效載荷從地球或其它星球的表面運輸到空間站的解決方案。

太空電梯的概念最初出現在1895年，由康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基提出。整體來看，它很像一條連接天與地的線，在線上有一塊小方塊沿著線不停地上下，連接天的那一部分則是一塊硬幣似的航天器。太空電梯最長的主體部分是扁長且粗細不一的一根繩子狀的長物，被稱為纜繩，它連接地面的基座和空間站。具體鋪設時，在距離地面3.6萬公里的空間站上放置一根纜繩，將它落下去連接至地面基座，在引力和向心加速度的相互作用下，纜繩會綳得緊緊的，像一根綳直的纜繩一樣。負責運輸的貨艙掛在纜繩上，在地面上裝載貨物，以很快的速度向空間站行進，來回一次一般耗時一個星期時間。

此外，為保持平衡，在空間站遠離地球的另一側也要架設數萬公里的纜繩索道，並在纜繩末端連接一個重量平衡器，為了抵消纜繩的質量，保持太空電梯的整體平衡。連接地面的部分被稱為基座，選址的時候為了讓從軌道上降下來的纜繩部分最短，一般建在赤道上，同時可以讓太空電梯的頂點矢量速度最快，停靠在空間站上的飛船能夠以最快的初速度出航。所以，太空電梯從上到下的順序是平衡器、空間站、纜繩、貨艙、基座。

那麼，太空纜繩那麼長，不會斷掉嗎？建造太空電梯最大的挑戰在於找到製造電梯纜繩的材料。如果用鋼絲來建造，僅僅從9公里的高空中垂下來，它會被自己的重量拉斷，而太空電梯需要從萬米高空中垂下，上面還要掛一個貨艙，所以鋼絲是萬萬不可能用於電梯纜繩的。要用什麼材料呢？這種材料必須十分結實，克拉克在《天堂與噴泉》中建議用單晶材料製造，小說中是這麼提議的，沒想到後來發現的碳納米管竟然真的可以勝任。碳納米管作為一維納米材料，重量輕，六邊形結構連接完美，具有許多異常的力學、電學和化學性能。碳納米管具有良好的力學性能，CNTs抗拉強度達到50～200GPa，是鋼的100倍，密度卻只有鋼的1/6，至少比常規石墨纖維高一個數量級；它的彈性模量可達1TPa，與金剛石的彈性模量相當，約為鋼的5倍。 簡直就是最理想的完美纜繩材料。

另外，太空電梯配備平衡器之後也會穩定很多，它為何要有平衡器呢？這是因為細長物體承受拉力的本領比承受壓力的本領大得多。為避免太空電梯的纜繩被自身重量壓垮，工程師想出了一個主意，從同步軌道衛星上垂下36000公里長的纜繩，直達地面，在纜繩的另一頭還有「平衡錘」。平衡錘以極大的速度繞地球運轉，由於由離心作用，它能給纜繩施加很大的拉力，確保纜繩繃緊。這麼一來，太空電梯的纜繩就穩固多了。

作者：說夜

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